Радиохимия – одна из наиболее молодых областей современной науки. В то же время она и все, что связано с радиоактивностью, в значительной мере определило лицо XX века. О новейших научных разработках и месте радиохимии в нынешнем веке мы беседуем с крупнейшим российским радиохимиком, академиком РАН, профессором, доктором химических наук Борисом МЯСОЕДОВЫМ, которому в этом году исполняется 82 года.
– Борис Федорович, какие направления в радиохимии сегодня наиболее перспективны и почему?
– Радиохимия всегда была нацелена на решение актуальных задач, которые выдвигало общество. Начиная с открытия плутония в 40-х годах прошлого века, внимание радиохимиков всего мира было направлено на изучение свойств этого химического элемента и разработку методов его выделения из урана, облученного нейтронами в реакторах. В 1953 году в СССР была запущена в промышленную эксплуатацию первая в мире АЭС, которая открыла эру атомной энергетики.
В наступившем веке радиохимия будет играть огромную роль – прежде всего, в разработке и производстве новых радиофармпрепаратов для диагностики заболеваний. Это одно из наиболее перспективных направлений современной радиохимии, так же, как и решение актуальных проблем ядерного топливного цикла. В особенности, работы по созданию новых методов переработки ОЯТ на долгие годы сохранят актуальность. В связи с предстоящим массовым выводом из эксплуатации объектов атомной энергетики радиохимикам также предстоит решать задачи обеспечения безопасности этого процесса.
– Какие страны сейчас лидируют в этой области?
– Россия, я полагаю, занимает ведущее положение в мировой радиохимии. Это подтверждается тем, что нашими учеными сделан ряд фундаментальных научных открытий. Так, в 70-х годах прошлого века в Институте физической химии им. А.Н. Фрумкина (ИФХ РАН) была открыта возможность существования плутония, нептуния и америция в семивалентном состоянии окисления. Это стало сенсацией в научном мире и впоследствии привело к разработке целого ряда практически важных и эффективных методов выделения и определения этих элементов с использованием их высших состояний окисления. Недавно в нашей лаборатории в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ РАН) совместно с Лос-Аламосской лабораторией (США) была впервые доказана возможность существования плутония и в восьмивалентном состоянии.
У российских ученых есть также фундаментальные достижения по изучению поведения радионуклидов в окружающей среде. Так, на основе работ, проведенных специалистами ГЕОХИ РАН совместно с сотрудниками ПО «Маяк», впервые в мире было определено, что плутоний с подземными водами мигрирует в коллоидной форме – а значит, может легко сорбироваться на вмещающих породах.
– Вы возглавляете лабораторию радиохимии ГЕОХИ РАН уже более 40 лет. Расскажите о последних научных достижениях Вашего коллектива.
– Сегодня мы активно работаем в области переработки ОЯТ. Традиционный ПУРЕКС-процесс, который сейчас используется всеми странами, развивающими атомную энергетику и перерабатывающими ОЯТ (Францией, Англией, Россией, Японией, Индией), не является оптимальным – прежде всего, с точки зрения экологической безопасности. По этой технологии ОЯТ растворяют в шестимолярной азотной кислоте, что приводит в дальнейшем к образованию больших количеств РАО.
Для создания экологически более безопасной технологии необходимы глубокие фундаментальные исследования, а для контроля процессов переработки ОЯТ – современные аналитические методы. Этими проблемами занимаются многие российские радиохимики, в том числе и в нашей лаборатории.
Так, мы установили, что новые материалы – достаточно недорогие наноуглеродные трубки – являются эффективными сорбентами различных радионуклидов из технологических и природных растворов. Свойства сорбентов могут быть значительно улучшены с помощью ионных жидкостей, которые в настоящее время широко исследуются во многих странах мира. С их помощью на сорбентах могут быть закреплены различные органические лиганды, специфические к тем или иным ионам актинидов, что приводит к повышению селективности таких сорбентов. Это новое направление мы разрабатываем совместно с сотрудниками ПО «Маяк».
Помимо совершенствования ПУРЕКС-процесса необходимы исследования и совершенно другие подходы к созданию современных технологий переработки ОЯТ; над этими проблемами сейчас активно работают в России, Японии и других странах. В наших работах показано, что облученное топливо, вместо использования концентрированных растворов кислоты, можно растворять в воде с pH=7-8 в присутствии ионов двухвалентного железа. Ионы железа окисляют плутоний и уран до шестивалентного состояния и они переходят в раствор, что существенно уменьшает объем образующихся РАО. При проведении экстракционных процессов в качестве растворителя можно использовать экологически безопасный сжиженный CO2. После окончания процесса и при понижении давления диоксид углерода выделяется в атмосферу, не образуя никаких отходов. Таким образом, решение проблемы РАО существенно упрощается.
– А если использовать «сухую» переработку ОЯТ?
– В мире пока еще не создано промышленных технологий по «сухой» переработке ОЯТ. Это обусловлено, во-первых, сложностью работ при высоких температурах. Во-вторых, летучие галогениды урана и плутония, образующиеся при такой переработке, являются очень агрессивной средой.
Сейчас, когда появились новые материалы, реально говорить не только о чистых водных или «сухих» методах переработки, а об их комбинации. Так, в НИИАР создан комбинированный метод, когда уран и плутоний переводят в газовую фазу – растворяют при высокой температуре за счет хлорирования – и затем используют электролитические процессы или известные и хорошо проработанные водные методы.
В любом случае переработка ОЯТ – дорогой процесс. С другой стороны, учитывая ограниченность запасов природного урана, делящиеся материалы необходимо возвращать в топливный цикл. Тем более, если речь идет о плутонии – дорогостоящем материале, который можно использовать в составе смешанного топлива. Другого пути нет. И именно на основе фундаментальных достижений радиохимии у нас в стране создается такой замкнутый топливный цикл.
– Какие разработки по переработке РАО наиболее актуальны?
– До сих пор остается до конца не решенной проблема высокоактивных отходов. На ПО «Маяк», например, накоплено около 1 млрд Ки высокоактивных РАО. Причем в них содержатся такие долгоживущие и опасные радионуклиды, как трансплутониевые элементы – америций, уран, остатки плутония. Как ни сложны процессы переработки ОЯТ и обращения с РАО, все равно отдельные атомы этих элементов могут попадать в окружающую среду.
Поскольку доля радиоактивных веществ в таких отходах составляет не более 1% по весу, прежде всего, необходимо освободиться от неактивных примесей. Таким образом, первой задачей радиохимиков является выделение самих радионуклидов из РАО (процесс фракционирования), чтобы затем включить их в надежные матрицы (наиболее устойчивые – минералоподобные) и поместить в глубинные геологические формации, защитив матрицы с включенными нуклидами несколькими искусственными и природными барьерами безопасности.
В наших лабораториях в ИФХЭ и ГЕОХИ синтезируются граммовые количества новых матриц, содержащих все опасные радионуклиды, исследуются их свойства, устойчивость при возможном контакте с подземными водами.
– Какие проблемы существуют при внедрении разработок? Какую роль в их решении играет Межведомственный научный совет по радиохимии при Президиуме РАН и ГК «Росатом», который Вы возглавляете?
– Работа академических НИИ создает основу для решения технологических задач, которые стоят перед атомной энергетикой. В СССР действовала стройная система, при которой достижения фундаментальной науки без промедления апробировались в прикладных НИИ и затем внедрялись в производство. В процессе «застоя» атомной отрасли этот цикл оказался полностью разрушен, и сейчас внедрить то, что делается, например, в академических институтах, довольно сложно.
Поэтому для координации работ в области радиохимии действует Межведомственный совет при Президиуме РАН и ГК «Росатом». В него входят представители около 30 организаций – академических институтов, РАН (в первую очередь, ИФХЭ, ГЕОХИ и ИБРАЭ), ПО «Маяк», СХК, ГХК и других научных центров ГК «Росатом», учебных заведений, таких как РХТУ им. Д.И. Менделеева, МИФИ, Санкт-Петербургский технологический университет. Каждый год мы выпускаем отчеты, в которых представляем широкому кругу ученых и практиков последние теоретические достижения в области фундаментальной радиохимии.
Кроме того, в России принят закон, который позволяет на базе академических институтов создавать небольшие компании по типу тех, что есть в Силиконовой долине, которые должны «доводить» результаты фундаментальной науки до практического применения. Я надеюсь, что в ближайшем будущем проблемы будут решены.
Беседу вел Станислав БАТАЛОВ
